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Previous issue date: 2009-12-08 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O ataque químico de sílica (SiO2) por ácido fluorídrico (HF) é uma reação importante,
usada na fabricação de circuitos integrados, cujo mecanismo não é ainda totalmente
entendido. Um aspecto curioso desta reação é que sua velocidade pode ser alterada por
campos elétricos na interface ácido-sílica. Um modelo teórico para explicar este efeito é
baseado na suposição que a reação química somente pode acontecer quando o HF aproxima
da superfície da sílica, com os átomos de flúor voltados para esta superfície, com um eixo
molecular fazendo um pequeno ângulo com sua normal. Desta forma uma orientação parcial
dessas moléculas em um campo elétrico modifica a taxa de ataque. Este modelo prevê uma
relação não linear entre velocidade de ataque e campo elétrico. Na literatura o modelo é usado
em medidas de intensidade de campos elétricos gravados em amostras de sílica por meio de
polarização térmica. Estas medidas confiam no modelo teórico mencionado acima para o
regime não linear. Todavia este modelo havia sido testado somente na região onde a relação
entre taxa de ataque e campo elétrico é praticamente linear, em que os campos elétricos
possuem valores muito menores que os campos gravados.
No presente trabalho vamos descrever as medidas realizadas para investigar este efeito
na região não linear. Para perceber a não linearidade precisamos medir a velocidade de ataque
com extrema precisão na presença de altos valores de campo. Isto é feito por um método
interferométrico utilizando feixe de laser expandido e uma sofisticada análise de imagens de
franjas. Adotando estes procedimentos fomos capazes de obter os primeiros sinais de um
comportamento não linear. O confronto entre os valores obtidos experimentalmente e os
valores previstos no modelo teórico indicou a necessidade de se acrescentar pequenas
correções no modelo. Após as correções, a discrepância entre os valores experimentais e
teóricos se tornou da mesma ordem dos erros experimentais. Os estudos teóricos da reação
HF-sílica na literatura partem da hipótese que somente uma molécula participa no passo
inicial da reação. Mas os resultados do presente trabalho indicam que a reação de ataque é iniciada por duas moléculas de HF atuando simultaneamente. / Etching of silica (SiO2) with hydrofluoric acid (HF) is an important chemical reaction,
used in fabrication of integrated circuits, whose mechanism is not fully understood. One
curios aspect of this reaction is that its velocity can be changed by electric fields in the acid–
silica interface. A theoretical model of the effect is based on the hypothesis that the chemical
reaction can only take place if the HF molecule approaches the silica surface with the F atom
pointing towards the silica surface so that the molecular axis forms a small angle with the
surface normal vector. This way a partial orientation of the molecules in an electric field
modifies the etching velocity. This model predicts a non-linear relation between etching
velocity and electric field. In literature the model is used in order to measure electric fields
recorded in silica samples by an electro-thermal poling process. In this application, one trusts
the theoretic model in the non-linear regime although the model had been tested only in the
liner region where the electric fields are much smaller that in the poled glass samples.
In the present woke one describes measurements made to investigate the effect in the
non-linear regime. In order to detect the non-linearity one has to measure the etching velocity
with extremely high precision and in the presence of high electric fields. This was done with
an interferometric method using an expended laser beam and a sophisticated analysis of fringe
images. With these methods, one obtained first non-linear signals. A comparison of
experimental values with theoretical predictions indicated that some corrections of the
theoretical model had to be made. With these corrections theoretical values coincided the the
experimental data within experimental uncertainties. In literature, theoretic studies of the HF-
silica reaction use the hypothesis that only one HF molecule participates in the primary step of
the reaction. But the results of the present work indicate that the etching reaction initiates with two HF molecules acting at the same time.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:hermes.cpd.ufjf.br:ufjf/4931 |
| Date | 08 December 2009 |
| Creators | Santiago Neto, Ruy Batista |
| Contributors | Lesche, Bernhard Johannes, César, Carlos Lenz, Pereira, Afrânio Rodrigues, Leonel, Sidiney de Andrade, Zappa, Fabio |
| Publisher | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF), Programa de Pós-graduação em Física, UFJF, Brasil, ICE – Instituto de Ciências Exatas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFJF, instname:Universidade Federal de Juiz de Fora, instacron:UFJF |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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